四轴激光焊接控制的关键技术研究

发布时间：2017-03-26 03:09

  本文关键词：四轴激光焊接控制的关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光焊接技术具有变形和热影响区小、能量密度高、自动化程度高等诸多优点,可以在短时间内形成连续的而且完全熔透的焊缝,这使得焊缝深宽比、焊接速度相比传统焊接技术有了显著的提高,因而激光焊接工艺被广泛的应用到各行各业中。因此,本文针对激光焊接实际工艺需求设计一套功能齐全、性能稳定的四轴激光焊接平台。本文提出了基于“PC+运动控制卡”的四轴激光焊接试验平台的构建方案,并对系统各部分给出了详细的设计方案。软件作为该自动化激光焊接系统的控制核心,根据数据流驱动的流程,它涵盖了示教编程、三维轨迹在线显示、G代码解释器、绘图模块、运动规划等部分。同时,在软件界面设计上力求布局合理、操作方便快捷,使得操作人员易于上手。在激光焊接工艺中,速度大小的变化会导致焊缝不均匀,本文为此提出了一种可行性强的速度规划策略。对于焊接启动和停止过程中的速度变化,采用增加预加减速的空走路径使得速度变化的过程在非焊接路径中完成以保证焊接路径速度的恒定性,并辅之以S形速度规划曲线,以降低速度变化对焊接平台的柔性冲击。对于相邻段折角处速度的变化,采用增加三角迂回的空走路径的策略,使得速度方向的改变在增加的闭合路径上完成,以保证焊接段的速度大小的恒定,提升焊缝的均匀性。本文的研究内容与实际工程实际密切相关,所提出的软件设计方案和速度规划策略在四轴激光焊接系统的研发中得到了实际应用。
【关键词】：激光焊接 软件设计 速度规划 S形速度曲线
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG409
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外现状12-13
• 1.2.2 国内现状13-15
• 1.3 本文研究内容及组织结构15-16
• 1.3.1 本文研究内容15-16
• 1.3.2 本文组织架构16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 四轴激光焊接平台设计17-27
• 2.1 激光焊接的原理和分类17-19
• 2.1.1 激光焊接的基本原理17-18
• 2.1.2 激光焊接的分类18-19
• 2.2 四轴焊接平台的组成19-24
• 2.2.1 光纤激光器20-21
• 2.2.2 工控机21-23
• 2.2.3 运动控制卡23-24
• 2.2.4 伺服电机24
• 2.3 焊接平台的系统框架24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 四轴激光焊接控制软件设计27-49
• 3.1 软件的主体框架设计27-29
• 3.2 示教编程29-31
• 3.2.1 示教编程的原理29
• 3.2.2 示教编程的功能实现29-31
• 3.3 三维轨迹在线显示31-36
• 3.3.1 轨迹点的获取31-32
• 3.3.2 三维轨迹图形几何变换原理32-33
• 3.3.3 三维轨迹图形几何变换矩阵33-36
• 3.3.4 三维轨迹点到二维屏幕坐标点的变换36
• 3.4 G代码解释器36-45
• 3.4.1 G代码介绍36-37
• 3.4.2 G代码功能设计37-39
• 3.4.3 G代码解释流程设计39-40
• 3.4.4 G代码解释示例40-45
• 3.5 绘图模块设计45-47
• 3.5.1 绘图模块功能设计45-46
• 3.5.2 绘图模块的实现46-47
• 3.6 软件各模块之间的关系47-48
• 3.7 本章小结48-49
• 第4章 激光焊接运动规划策略49-69
• 4.1 插补技术在激光焊接中应用49
• 4.2 激光焊接中常用的插补技术介绍49-55
• 4.2.1 逐点比较法49-52
• 4.2.2 最小偏差法52-53
• 4.2.3 数字积分法53-55
• 4.3 四轴联动插补的规划算法55-56
• 4.4 激光焊接折角速度规划56-58
• 4.4.1 折角速度规划的简介56
• 4.4.2 S形速度曲线原理56-58
• 4.5 延长线预加减速控制策略58-60
• 4.5.1 延长线预加减速原理58-59
• 4.5.2 预加减速控制策略的实现59-60
• 4.6 折角速度控制算法60-66
• 4.6.1 激光频率在线调整算法61-63
• 4.6.2 三角迂回速度规划原理63
• 4.6.3 三角迂回速度规划实现63-65
• 4.6.4 两种算法的对比65-66
• 4.7 仿真与实验结果66-68
• 4.8 本章小结68-69
• 第5章 总结与展望69-72
• 5.1 全文总结69-70
• 5.2 研究展望70-72
• 参考文献72-75
• 硕士期间参与的项目和发表的论文75

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